平成 ２５ 年度
老朽 化ト ンネ ル補 強 技術 の研 究
目

報告書

次序第１章

調 査 研 究 の 概 要 ················································································· 1

1.1 背 景 お よ び 目 的 ···················································································· 1
1.1.1 背 景 ····························································································· 11.1.2 目 的 ····························································································· 11.2 補 強 方 法 ···························································································· 11.2.1 現 状 と 課 題 ···················································································· 11.2.2 着 眼 点 と 補 強 概 要 ··········································································· 11.2.3 補 強 方 法 の 特 徴 ·············································································· 21.2.4 補 強 手 順 ······················································································· 31.2.5 施 工 状 況 概 要 ················································································· 41.3 補 強 方 法 の 適 用 範 囲 と 適 用 方 法 ······························································· 51.3.1 適 用 範 囲 に つ い て ··········································································· 5
1.3.2 適 用 方 法 に つ い て ··········································································· 5
1.4 調 査 研 究 の 進 め 方 ················································································· 7
1.5 研 究 内 容 と 成 果 概 要 ·············································································· 71.5.1 材 料 選 定 実 験 ················································································· 91.5.2 構 造 解 析 ······················································································· 91.6 検 討 項 目 ···························································································· 9第２章

補 強 効 果 の 確 認 実 験 ·········································································· 152.1

実 験 の 目 的 ······················································································· 152.2

蓋 状 平 板 加 圧 試 験 装 置 概 要 ··································································· 152.2.1 ゴ ム チ ュ ー ブ お よ び 蓋 状 平 板 形 状 寸 法 ················································· 152.2.2 実 験 装 置 及 び 計 器 配 置 ····································································· 172.3

材 料 選 定 検 討 ···················································································· 192.3.1 ゴ ム チ ュ ー ブ ················································································ 192.3.2 充 填 材 ························································································· 232.3.3 間 詰 材 ························································································· 242.4加 水 圧 実 験 結 果 ················································································· 252.4.1 加 水 圧 過 程 ··················································································· 25
2.4.2 実 験 結 果 ······················································································ 26
2.4.3 加 水 圧 実 験 結 果 の ま と め ·································································· 29
2.5充 填 材 加 加 圧 注 入 実 験 結 果 ··································································· 30

2.5.1 充 填 材 の 練 混 ぜ ············································································· 30

2.5.2 加 圧 注 入 過 程 ················································································ 312.5.3 実 験 結 果 ······················································································ 322.5.4 浮 上 り 反 力 の 経 過 試 算 ····································································· 38
2.5.5 ま と め と 課 題 ················································································ 49
第３章

補 強 技 術 の 成 立 性 確 認 の た め の 解 析 的 検 討 ············································· 51

3.1

補 強 技 術 の 成 立 性 確 認 の た め の 解 析 的 検 討 ス テ ッ プ ··································· 51

3.1.1 充 填 材 加 圧 注 入 時 ・ 充 填 材 硬 化 後 残 存 圧 力 作 用 時 の 安 全 性 ······················· 51
3.1.2 追 加 外 荷 重 作 用 時 の 補 強 効 果 の 確 認 ···················································· 55
3.2

既 設 ト ン ネ ル と 補 強 リ ン グ の 構 造 モ デ ル の 設 定 ········································· 56

3.2.1 既 設 ト ン ネ ル の 構 造 モ デ ル ······························································· 563.2.2 補 強 リ ン グ の 構 造 モ デ ル ·································································· 583.2.3 検 討 時 期 毎 の 既 設 ト ン ネ ル お よ び 補 強 リ ン グ の モ デ ル 化 ························· 613.3補 強 技 術 の 成 立 性 の 検 討 条 件 ································································ 673.3.1 既 設 ト ン ネ ル 仕 様 の 設 定 ·································································· 67
3.3.2 補 強 リ ン グ 仕 様 の 設 定 ····································································· 71
3.3.3 荷 重 ···························································································· 753.3.4 地 盤 反 力 係 数 ················································································ 813.3.5 継 手 ば ね ······················································································ 81
3.3.6 充 填 硬 化 部 材 の モ デ ル 化 ·································································· 83
3.4解 析 結 果 ·························································································· 84

3.4.1 解 析 方 法 と 解 析 モ デ ル ····································································· 84
3.4.2 解 析 結 果 ······················································································ 89
3.5充 填 材 加 圧 注 入 時 ・ 充 填 材 硬 化 後 残 存 圧 力 作 用 時 の 安 全 性 の 検 討 ················ 117

3.5.1 各 部 応 力 照 査 方 法 ········································································ 117
3.5.2 各 部 応 力 照 査 結 果 ········································································ 121
3.5.3 ま と め と 課 題 ·············································································· 130
3.6

追 加 外 荷 重 作 用 時 の 補 強 効 果 の 検 討 ····················································· 131

3.6.1 荷 重 分 担 状 況 ·············································································· 131
3.6.2 ま と め と 課 題 ·············································································· 132
第４章

ま と め お よ び 今 後 の 課 題 ·································································· 133

4.1

ま と め ··························································································· 133

4.2

今 後 の 課 題 ····················································································· 133

第１章
1.1

調査研究の概要

背景および目的

1.1.1 背 景
本 調 査 研 究 は 、都 市 部 の 地 下 に 建 設 さ れ て い る 地 下 鉄 、共 同 溝 ト ン ネ ル と い っ た 円 形 トンネルを対象とする。
こ れ ら の 対 象 ト ン ネ ル で は 、経 年 変 化 に よ る 老 朽 化 な ど が 進 ん で き て お り 、こ の 状 況 に対応すべく、特にコンクリートの剥落に対する各種の補修技術が開発されてきている。
し か し 、都 市 再 開 発 に よ る 外 荷 重 変 化 に 伴 う 覆 工 コ ン ク リ ー ト の 変 状 と い っ た 事 案 が 浮かび上がってきており、上記の補修技術のみでは十分な対応が困難となる。このため、老朽化トンネルの耐力を増加させる補強技術が、都市の再生技術として今後必要な技術になってくる。
ま た 、東 日 本 大 震 災 を 教 訓 に 耐 震 補 強 の さ ら な る グ レ ー ド ア ッ プ が 必 要 と さ れ て き つ つあり、このような問題に対しては、上記の補修技術のみでは十分な対応が困難となる。
1.1.2 目 的
本調査研究では補強方法として、補強が必要な既設トンネルの内側に補強リングを組立て、補強リングと既設トンネルの間に圧力を掛けて、既設トンネルを内側から外側へ押す力を与えることによって行う技術に着目して行う。なお、既設トンネルの補強を担うのは
補 強 リ ン グ で あ り 、注 入 圧 力 に よ る 補 強 の 程 度 は 、既 設 ト ン ネ ル の 状 況 を 把 握 し た う え で 、既設トンネルの構造に支障をきたさない範囲内とする。
そこで、上記の補強技術の成立性を確認することを主眼に、材料選定室内実験によってセメントミルク硬化後の圧力残存状況を確認するとともに、既設トンネル、補強リングならびに充填材加圧力などをモデル化した構造解析によって既設トンネルに悪影響を与えない加圧力ならびに補強完了後の追加外荷重作用時の補強リングの荷重分担状況を検討するものである。

1.2 補 強 方 法
1.2.1 現 状 と 課 題トンネルの補強対策としては、①覆工内面に補強壁を増設して既設覆工と荷重分担を行わせること、②剛性を有する軸力部材を十字状や放射状に組立ててジャッキによって軸力を与え、既設覆工を地山側に押して支保することで、既設覆工の断面力を低下させることなどが考えられる。
しかし、①の増設補強壁では、補強時点で既設覆工に発生している断面力を直ちに軽減できる方法ではない。これに対して②の支保部材では、軸力を導入することによって、発生している断面力を直ちに低減することが可能である。ただし、トンネル内空部に支保部材を存置する必要があるため、トンネルの供用に大きな支障となる可能性が高い。
1.2.2 着 眼 点 と 補 強 概 要
構造力学上、半径 r の円筒形部材に法線方向から等分布荷重ｐが作用すると、部材には周 方 向 に 圧 縮 力 N(＝ p×r） が 発 生 す る 。 円 筒 径 部 材 を こ の 圧 縮 力 に 耐 え 得 る 仕 様 と す る こ－1－